Organismos Transgénicos y Enxeñería Genética
Los organismos transgénicos o modificados genéticamente (OMG) son aquellos a los que se les inserta un gen de interés que no pertenece a su especie.
La ingeniería genética se refiere al uso de técnicas biotecnológicas con el fin de manipular y modificar los genes de un organismo; es decir, alterando, añadiendo o eliminando material genético en su genoma.
Tecnología del ADN Recombinante
La tecnología del ADN recombinante se refiere a un conjunto de técnicas que permiten construir artificialmente un fragmento de ADN a partir de segmentos de ADN que pueden ser de especies diferentes.
Uno de los objetivos comunes de la tecnología del ADN recombinante es transferir un gen de interés a un organismo que no lo contiene (generalmente una bacteria) generando un organismo transgénico. Al dividirse la bacteria en un método de cultivo, producirá más copias de ese gen (clonación) y si lo expresa en un péptido se puede obtener este como producto. El ejemplo típico es la introducción del gen de la insulina humana (un péptido hormonal) en células bacterianas para que estas, mantenidas en cultivos, generen copias de este ADN además de expresar el producto (insulina). El proceso consistiría en:
- Aislar el ADN de la célula eucariota que contiene el gen de interés (insulina), y un plásmido bacteriano que actuará como vector de transferencia.
- Cortar con enzimas de restricción el ADN eucariota y del plásmido.
- Combinar el gen de interés (insulina) con el plásmido, mediante la acción de ligasas que unen los extremos cohesivos de los fragmentos cortados con las enzimas de restricción.
- Introducir el plásmido con copias del gen de interés (insulina) en células bacterianas, formando así una bacteria recombinante.
- Cultivar la bacteria para que se reproduzca y produzca copias de este plásmido con el gen de interés.
- Extraer los productos de interés (insulina producida por la bacteria)
Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)
La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es una técnica molecular que permite amplificar, es decir, obtener un gran número de copias de un segmento de ADN en muy poco tiempo. Para llevar a cabo una PCR son necesarios:
- Una muestra de ADN, de la que es necesario conocer los nucleótidos de los extremos del segmento a amplificar para fabricar unos primers o cebadores de ARN para la síntesis.
- Grandes cantidades de nucleótidos trifosfato para la síntesis de las nuevas copias.
- Los cebadores o primers.
- Enzima ADN-polimerasa, para la síntesis de las nuevas copias.
Los reactivos se mezclan en tubos de ensayo y estos se introducen en termocicladores, que aplican en diferentes ciclos repetidos calor para separar (desnaturalizar) las hebras y realizar las copias. Así, cada ciclo tiene las etapas:
- Desnaturalización: el ADN bicatenario se calienta por encima de los 90º para separar las cadenas de la doble hélice.
- Hibridación o alineamiento: se reduce la temperatura hasta los 50°C en presencia de los cebadores o primers, que se alinean con sus secuencias complementarias.
- Elongación o extensión: la temperatura se eleva a unos 70°C y la ADN-polimerasa entra en acción, de modo que sobre cada cadena se sintetiza la complementaria.
A continuación, se inicia un nuevo ciclo elevando la temperatura hasta los 94ºC para que la ADN-polimerasa deje de funcionar y se separen las cadenas complementarias de ADN.
Usos de la PCR
La PCR tiene múltiples usos, entre ellos:
- Estudios evolutivos (extracción de ADN fósil)
- Medicina forense (pruebas de paternidad, asociar pruebas de autorías de delitos a una persona sospechosa)
- Diagnóstico de trastornos genéticos
- Obtener copias de un gen que se quiera insertar en otro organismo para producir un organismo transgénico
El Sistema CRISPR
El sistema CRISPR es una herramienta biotecnológica de edición de genomas que permite de un modo rápido, barato y con mucha precisión modificar secuencias concretas del ADN de una célula.
El proceso podría resumirse en los siguientes puntos:
- El sistema de proteínas Cas (Cas1 y Cas2) identifican ADN exógeno (del bacteriófago) cuando entra en la célula, y lo cortan (actividad endonucleasa).
- Los fragmentos de ADN son cortados de modo que se puedan insertar en los espacios del ADN entre secuencias repetidas de la región CRISPR.
- Cuando existe una nueva infección por un virus bacteriófago con el mismo ADN o muy semejante, la célula es capaz de reconocer ese ADN exógeno (del que tiene fragmentos insertados en la región CRISPR) y cortarlo mediante endonucleasas Cas. Para esto:
- Se transcriben a ARN las regiones espaciadoras.
- Una de las proteínas Cas separan individualmente las secuencias espaciadoras transcrita a ARN (ARNcr).
- Estas secuencias ARNcr se unen al ADN del fago que está infectando la bacteria por complementariedad de bases (hibridación), bloqueando la infección y actuando como guía para las Cas endonucleasas.
- Las proteínas Cas cortan la secuencia de ADN exógeno en regiones complementarias al ARNcr.
Usos del Sistema CRISPR
El sistema CRISPR tiene un gran potencial en diferentes campos:
- Terapias médicas en algunos tipos de cáncer, enfermedades hereditarias
- Agricultura, modificando cultivos para hacerlos más resistentes a enfermedades, más eficientes
- Mejora del medio natural (biorremediación)
El Sistema Inmune y sus Respuestas
Respuesta Inmune Innata
La respuesta inmune innata es la segunda línea defensiva del organismo y actúa de forma inespecífica sobre cualquier agente o sustancia extraña al organismo.
Respuesta Inmune Adaptativa
La respuesta inmune adaptativa es la tercera línea defensiva y actúa contra el antígeno específico que la desencadena. Sus características son:
- Especificidad: cada antígeno estimula a un linfocito o grupo de linfocitos que lo reconoce.
- Autotolerancia: el sistema inmune diferencia lo propio de lo ajeno.
- Diversidad: respuesta a gran variedad de microorganismos y agentes nocivos.
- Memoria inmunológica: hay linfocitos de memoria capaces de recordar cada antígeno al que estuvieron expuestos, si se produce un contacto posterior se da una respuesta adaptativa secundaria más rápida e intensa.
La respuesta adaptativa primaria se da tras el primer contacto con el antígeno, los linfocitos B se diferencian y forman las células plasmáticas. La respuesta adaptativa secundaria se da por un contacto posterior con el mismo antígeno, y la presencia de linfocitos con memoria hace que sea más rápida, intensa y duradera.
Células Inmunocompetentes
Las células inmunocompetentes son los linfocitos, que pueden ser de dos tipos:
- Linfocitos B: se forman en la médula ósea roja y maduran en ella. Fabrican los anticuerpos, proteínas globulares que llevan en la superficie externa de su membrana y que son capaces de reaccionar con los antígenos específicos. Al activarse el contacto con un antígeno los linfocitos proliferan y forman:
- Células plasmáticas: producen anticuerpos libres específicos.
- Linfocitos B de memoria: guardan el recuerdo del antígeno y se activan en el segundo contacto de este. Son responsables de la inmunidad humoral.
- Linfocitos T: maduran en el timo y no producen anticuerpos. Poseen en su membrana receptores para reconocer antígenos de la superficie de otras células. Intervienen en la inmunidad celular. Hay dos tipos principales:
- Linfocitos T citotóxicos: se unen a células que poseen antígenos extraños en su superficie y las destruyen.
- Linfocitos T colaboradores: activan a los linfocitos B para que produzcan más anticuerpos; inician la proliferación de los linfocitos T mediante la secreción de citoquinas; activan a los macrófagos aumentando su capacidad de fagocitosis gracias a la secreción de una citoquina llamada interferón.
Moléculas del Sistema Inmunitario
Las principales moléculas del sistema inmunitario son:
- Componentes del complemento
- Citoquinas
- Anticuerpos (inmunoglobulinas)
Función de las Inmunoglobulinas
Las inmunoglobulinas reconocen y se unen a los antígenos específicos para formar el complejo antígeno-anticuerpo, el cual activa reacciones defensivas que destruyen al agente extraño (reacciones de neutralización, precipitación, aglutinación, opsonización).
Estructura de las Inmunoglobulinas
Las inmunoglobulinas constan de una estructura con 4 cadenas peptídicas, 2 ligeras (L) y 2 pesadas (H). Las 4 forman una estructura en forma de “Y” y se mantienen unidas por puentes disulfuro. Tanto las cadenas H como las L presentan una zona constante (C) y una zona variable (V) por la que se une al antígeno específico.
Vacunas y Sueros
Vacunas
Una vacuna es cualquier preparación destinada a generar inmunidad contra una enfermedad estimulando la producción de anticuerpos. Proporcionan inmunidad activa, tienen carácter preventivo y provocan la aparición de células de memoria.
Sueros
Un suero es un preparado artificial de carácter curativo que contiene anticuerpos específicos para una determinada enfermedad. Proporcionan inmunidad pasiva, tienen carácter curativo y no provocan la aparición de células de memoria.
Ciclo Lítico de los Virus
El ciclo lítico es un proceso de replicación viral que culmina con la muerte de la célula huésped. Sus etapas son:
- Adsorción o fijación: El virión se une a receptores específicos de la superficie de la célula huésped o pared celular.
- Penetración: El ácido nucleico del virus entra en la célula y el ADN de esta puede ser degradado.
- Fase de eclipse: Se reproducen los componentes víricos, para lo que tiene lugar:
- Replicación: El ácido nucleico del virus se replica, por lo que se forman nuevas copias usando los recursos celulares.
- Transcripción y síntesis: Se forman las proteínas de la cápsida, al fabricarse los protómeros.
- Ensamblaje: las unidades estructurales se empaquetan de modo que se forman nuevas cápsides con el material genético en su interior.
- Lisis: La célula es destruida al romperse su cubierta protectora, liberando los viriones maduros al medio.
Respuesta Inmunitaria Específica
La respuesta inmunitaria específica se dirige contra el antígeno que la desencadena. Hay dos tipos:
- Respuesta celular: produce células especializadas y está mediada por linfocitos T.
- Respuesta humoral: produce anticuerpos específicos contra el antígeno y está mediada por linfocitos B en colaboración con los linfocitos T (TH2).
Inmunidad y Enfermedades
La inmunidad es la resistencia que opone el individuo al desarrollo de los agentes patógenos en su organismo, y, como consecuencia, a padecer la enfermedad infecciosa que estos pueden originar. El proceso que produce la inmunidad se denomina inmunización.
Una enfermedad es un estado anormal, en el que una parte del cuerpo, o un órgano, no es capaz de desarrollar sus funciones normales. Una enfermedad infecciosa se debe a la presencia de un microorganismo en un huésped al que le causa la enfermedad.
Hipersensibilidad
La hipersensibilidad o alergia es una respuesta excesiva del sistema inmune frente a determinados antígenos llamados alérgenos o a sustancias que generalmente son inofensivos.
Enfermedades Autoinmunes
Una enfermedad autoinmune es aquella en la que el sistema inmunitario ataca a las células del propio organismo que reconoce como ajenas.
Inmunodeficiencia
Una inmunodeficiencia es una alteración patológica que consiste en una incapacidad del sistema inmunitario de actuar contra una infección.